Введение
Глава I. Современные низколегированные стали с ферритно бейнитной микроструктурой для магистральных трубопроводов 20
1.1 Требования, предъявляемые к прокату и основному металлу труб большого диаметра высоких классов прочности 20
1.1.1 Влияние повышения рабочего давления на механические свойства основного металла труб 20
1.1.2 Влияние трубного передела на механические свойства металла 24
1.1.3 Свариваемость сталей для труб большого диаметра 26
1.1.4 Специфика требований, предъявляемых к рулонному прокату для изготовления спиральношовных труб 28
1.1.5 Проблемы и перспективы производства спиральношовных труб и рулонного проката высоких категорий прочности толщиной до 20 мм 30
1.2 Формирование оптимальной микроструктуры низколегированной стали высоких классов прочности в процессе термомеханической обработки 33
1.2.1 Механизмы упрочнения в низколегированных сталях 33
1.2.2 Сущность технологии термомеханической обработки (контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением) 37
1.3 Особенности ТМО в условиях непрерывных широкополосных станов горячей прокатки при производстве сталей Х70-Х80 54
1.3.1 Технологические особенности производства рулонного проката 54
1.3.2 Особенности реализации ТМО при производстве рулонного проката 59
1.3.3 Влияние химического состава стали на процессы структурообразования при ТМО рулонного проката 68
1.4 Современное состояние технологий производства рулонного проката из высокопрочных трубных сталей 71
1.4.1 Прокатное оборудование для производства рулонного проката высоких категорий прочности с требованиями по хладостойкости 71
1.4.2 Химические составы стали для рулонного проката высоких категорий прочности с требованиями по хладостойкости при ИПГ (DWTT) 73
1.4.3 Опыт изготовления рулонного проката категории прочности Х70 и Х80 зарубежными производителями 75
1.5 Современное состояние вопроса производства толстолистового проката из высокопрочных трубных сталей 79
1.6 Мировой и отечественный опыт применения труб большого диаметра категорий прочности Х70-Х80 и выше 82
1.6.1 Прямошовные трубы, изготавливаемые из толстолистового проката 82
1.6.2 Спирально-шовные трубы, производимые из рулонного проката 84
1.7 Постановка цели и задач исследования 88
Глава II. Материалы и методы исследования 93
2.1 Химические составы исследуемых сталей, производство стали и термомеханическая обработка рулонного и толстолистового проката 93
2.2 Методика исследования 99
2.2.1 Исследование механических свойств 99
2.2.2 Исследование микроструктуры стали 100
2.2.3 Исследование фазовых превращений аустенита при непрерывном охлаждении 104
2.2.4 Лабораторное моделирование влияния параметров двухстадийного охлаждения полосы на отводящем рольганге стана 2000 на фазовый состав, микроструктуру и твердость стали 106
2.2.5 Оценка свариваемости стали по методике имитации воздействия термического цикла сварки на структуру и свойства металла ОШЗ 107
Выводы по главе II 110
Глава III. Изучение условий формирования ферритно-бейнитных микроструктур в низколегированных сталях в процессе ускоренного охлаждения горячедеформированного аустенита и разработка составов стали для рулонного и толстолистового проката 112
3.1 Определение требований к составу стали и технологии ТМО для получения ферритно-бейнитных микроструктур в рулонном и толстолистовом прокате из низколегированных сталей Х70-Х80 112
3.2 Исследование фазовых превращений горячедеформированного аустенита при непрерывном охлаждении (ТКД) на сталях предложенного состава 117
3.3 Изучение особенностей морфологии продуктов бейнитного превращения, получаемых при превращении горячедеформированного аустенита в низколегированных сталях 128
3.3.1 Технологические аспекты получения ферритно-бейнитной микроструктуры низколегированной стали в процессе ТМО 128
3.3.2 Особенности морфологии продуктов бейнитного превращения, получаемых при превращении горячедеформированного аустенита в низколегированных сталях 130
3.4 Выявление особенностей микроструктуры стали класса прочности К65, оказывающих влияние на сопротивляемость стали вязким разрушениям 137
Выводы по главе III 148
Глава IV. Исследование влияния состава стали и параметров технологии на процессы структурообразования применительно к технологическим условиям производства толстых полос (10-16 мм) на непрерывных широкополосных станах горячей прокатки (НШС ГП) 150
4.1 Изучение влияния состава низколегированной стали и температуры нагрева на рост зерна аустенита и растворение частиц карбонитридов Nb 150
4.2 Исследование влияния состава стали Х70-Х80 и температурно-временных параметров прокатки на рекристаллизацию горячедеформированного аустенита, параметры ферритно-бейнитной микроструктуры и свойства проката 155
4.2.1 Влияние температурно-временных параметров деформации на рекристаллизацию аустенита для условий черновых клетей НШС ГП 2000 155
4.2.2 Влияние состава стали и параметров технологии на процессы структурообразования применительно к определению оптимальной температуры начала прокатки в чистовых клетях НШС ГП 2000 159
4.2.3 Влияние температуры начала второй стадии прокатки на механические свойства и микроструктуру полос из стали Х80 с повышенным содержанием Nb 164
4.3 Исследование закономерностей формирования ферритно бейнитной структуры низколегированной стали в процессе ускоренного охлаждения, смотки и последующего охлаждения рулонного проката 168
4.3.1 Анализ условий структурообразования в низколегированной стали в процессе ускоренного охлаждения толстых полос и смотки рулонного проката 168
4.3.2 Изучение влияния температуры конца ускоренного охлаждения на структуру стали Х80 с разным уровнем легирования 171
4.3.3 Исследование влияния температуры смотки на характеристики структуры промышленной стали 07Г2НДФБ 173
4.3.4 Изучение морфологических особенностей игольчатого феррита, формирующегося при температуре смотки полосы в верхней части области бейнитого превращения 180
4.3.5 Исследование структурообразования низколегированной стали Х70 в процессе УО, производимого в две стадии с перегибом кривой интенсивности охлаждения 183
Выводы по главе IV 192
Глава V. Разработка режимов термомеханической обработки, обеспечивающих высокую хладостойкость рулонного и толстолистового проката на основе формирования равномерной ферритно-бейнитной микроструктуры стали, получаемой из аустенита с высокой плотностью мест зарождения а-фазы и малой разнозернистостью 194
5.1 Взаимосвязь параметров микроструктуры стали Х70-Х80, получаемой в результате ТМО, и хладостойкости рулонного и толстолистового проката 194
5.2 Исследование влияния морфологии бейнитной составляющей микроструктуры низколегированной стали Х70 на хладостойкость проката больших толщин при ИПГ при различных режимах деформации в черновой стадии КП и ускоренного охлаждения 200
5.2.1 Влияние режимов КП+УО на свойства толстолистового проката 201
5.2.2 Влияние морфологии структурных составляющих на хладостойкость толстолистового проката 204
5.2.3 Влияние наличия областей бейнитного феррита в микроструктуре стали Х70, образующихся при недостаточной величине обжатий в черновой стадии прокатки, на хладостойкость проката больших толщин при ИПГ 209
5.3 Влияние температуры начала чистовой стадии контролируемой прокатки на параметры микроструктуры и хладостойкость рулонной стали Х70 при прокатке толстой полосы (12-16 мм) 211
5.3.1 Влияние температуры начала чистовой стадии КП на механические свойства полосы из стали Х70 с повышенным содержанием Nb 212
5.3.2 Исследование зависимости характеристик микроструктуры стали от температуры начала чистовой стадии КП 216
5.3.3 Анализ причин формирования неоднородной ферритно бейнитной микроструктуры рулонной стали Х70, приводящей к ухудшению хладостойкости толстой полосы 219
5.4 Влияние температуры нагрева и толщины подката для чистовой стадии КП на параметры микроструктуры и хладостойкость толстолистовой стали Х80 222
5.5 Влияние величины температурного интервала между концом прокатки (Ткп) и началом фазовых вращений в стали (Аг3) на хладостойкость рулонного проката большой толщины из стали Х70 229
Выводы по главе V 237
Глава VI. Исследование выделения избыточных карбонитридных фаз в рулонном и толстолистовом прокате из стали Х70 с ферритно-бейнитной микроструктурой после ТМО 240
6.1 Анализ возможности выделения дисперсных частиц карбидов и карбонитридов Nb и V в рулонном и толстолистовом прокате из низколегированных сталей Х70-Х80 в процессе и после завершения ТМО 240
6.2 Изучение влияния параметров ТМО, смотки и охлаждения рулонного проката из сталей Х70 на выделение частиц карбонитридов Nb HV 252
6.2.1 Выделение частиц карбонитридов (Nb,Ti)(C,N) субмикронных размеров в аустените при прокатке полосы из стали Х70 252
6.2.2 Формирование наноразмерных частиц карбонитридов Nb и V в а-фазе в процессе ускоренного охлаждения и при смотке полосы 256
6.3 Изучение выделения частиц карбонитридов Nb и V в толстолистовом прокате из стали Х70 после ТМО и последующего отпуска 265
6.3.1 Образование частиц карбонитридов (Nb,Ti)(C,N) в аустените в процессе прокатки листов из стали Х70 266
6.3.2 Выделение наноразмерных частиц карбонитридов (Nb,V)(C,N) в а-фазе после отпуска проката из стали Х70 268
Выводы по главе VI 272
Глава VII. Влияние состава стали Х70 и технологии производства рулонного проката (ТМО, смотки и охлаждения рулонов) на анизотропию и равномерность механических свойств по длине полосы 273
7.1 Влияние анизотропии и равномерности механических свойств по длине полосы на качество рулонного проката 273
7.2 Технологические аспекты обеспечения равномерности механических свойств полосы 274
7.3 Анизотропия механических свойств в рулонном прокате после ТМО 280
7.4 Результаты опытно-промышленного опробования рулонного проката с ферритно-бейнитной микроструктурой, состоящей из смеси квазиполигонального и игольчатого феррита 285
Выводы по главе VII 291
Глава VIII. Опробование промышленного производства рулонного и толстолистового проката с повышенным уровнем механических свойств из сталей с ферритно-бейнитной микроструктурой по разработанным технологиям 293
8.1 Опробование производства рулонного проката класса прочности К56-К60 толщиной до 16 мм из сталей с ферритно-бейнитной микроструктурой в условиях отечественных НШС ГП 2000 293
8.1.1 Разработка технологии производства рулонного проката толщиной до 16 мм из сталей Х70 с ферритно-бейнитной микроструктурой на станах 2000 294
8.1.1.1 Реализация технологии ТМО в условиях НШС ГП 2000 294
8.1.1.2 Разработка составов стали для производства рулонного проката класса прочности К56-К60 на станах 2000 по технологии ТМО 296
8.1.1.3 Разработка режимов ТМО для производства рулонного проката в условиях НШС ГП 2000 298
8.1.2 Производство опытно-промышленных партий рулонного проката класса прочности К56-К60 на НШС ГП 2000 ОАО «ММК» и ЧерМК ОАО «Северсталь» 300
8.1.2.1 Производство рулонного и листового проката из стали 06Г1ХНДБ (марки 05Г1Б) толщиной 8 мм и 12 мм на стане 2000 ОАО «ММК» 300
8.1.2.2 Производство рулонного проката с гарантией уровня механических свойств класса прочности К56 и К60, предназначенного для изготовления спиральношовных труб для нефтепровода «Восточная Сибирь - Тихий океан» («ВС-ТО») 305
8.1.2.3 Производство рулонного проката с гарантией уровня механических свойств класса прочности К60 (Х70) и требованиями по хладостойкости при ИПГ для газопроводных спиральношовных труб 310
8.1.2.4 Производство рулонного проката из стали 07Г1НДМФБ оптимизированного состава с гарантией уровня механических свойств класса прочности К60 (Х70) и хладостойкости при ИПГ 319
8.1.2.5 Производство рулонного и листового проката из стали 10Г2ФБЮ (К60) с гарантией уровня механических свойств для прямошовных газопроводных труб 323
8.2 Освоение промышленного производства толстолистового проката классов прочности К60 и К65 из сталей с ферритно-бейнитной микроструктурой на стане 5000 ОАО «ММК» 328
8.2.1 Освоение промышленного производства тол сто л истового проката класса прочности К60 толщиной 26,4 мм для электросварных прямошовных труб ОАО «ВМЗ» размером 1420x26,4 мм на рабочее давление 11,8 МПа 329
8.2.2 Освоение промышленного производства толстолистового проката класса прочности К65 толщиной 23,0 мм и 27,7 мм для электросварных прямошовных труб ОАО «ВТЗ» и ОАО «ЧТПЗ» диаметром 1420 мм на рабочее давление 11,8 МПа 335
8.3 Оценка свариваемости разработанных сталей по методике имитации воздействия термического цикла сварки на структуру и свойства металла околошовной зоны (ОШЗ) сварных соединений 339
8.4 Обобщение результатов производства новых видов продукции по разработанным технологиям 344
Выводы по главе VIII 346
Общие выводы 350
Список использованной литературы 354
Приложение 394
Приложение А. Механические свойства рулонного проката, изготовленного по технологии ТМО на станах 2000 ОАО «ММК» и ЧерМК ОАО «Северсталь» 394
Приложение Б. Акты внедрения 395
